天文學(xué)家在銀河系中央捕捉到將恒星釋放的光線拉長(zhǎng)的巨大黑洞,。這是他們追蹤該恒星近30年后發(fā)現(xiàn)的。根據(jù)愛因斯坦的廣義相對(duì)論,，光線在強(qiáng)引力場(chǎng)作用下會(huì)出現(xiàn)拉伸現(xiàn)象,，波長(zhǎng)變長(zhǎng)，向紅波方向偏移,，這被稱為引力紅移效應(yīng),。但時(shí)至今日,，它從未在黑洞附近被探測(cè)到。

隨著S2恒星通過銀河系中央的黑洞,，強(qiáng)大的引力場(chǎng)導(dǎo)致其光線向光譜的紅色一端移動(dòng),。圖片來源：ESO/M。Kornmesser

“這是朝更深入地理解黑洞邁出的一大步,?！蔽磪⑴c該研究的荷蘭拉德堡德大學(xué)天文學(xué)家Heino Falcke表示，“能發(fā)現(xiàn)這些效應(yīng)真的非常神奇,?！?/p>

近日，一個(gè)由德國(guó)馬普學(xué)會(huì)地外物理研究所科學(xué)家Reinhard Genzel領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)在一場(chǎng)新聞發(fā)布會(huì)上宣布了這項(xiàng)發(fā)現(xiàn),，并在《天文和天體物理學(xué)》雜志上報(bào)告了相關(guān)成果,。該團(tuán)隊(duì)包括來自德國(guó)、法國(guó),、葡萄牙,、瑞士、荷蘭,、美國(guó)和冰島各高校及研究機(jī)構(gòu)的科學(xué)家,。

自上世紀(jì)90年代初，Genzel和同事便開始追蹤這顆名為S2的恒星的“旅程”,?？茖W(xué)家利用位于智利的歐洲南方天文臺(tái)的望遠(yuǎn)鏡，觀察了其在黑洞附近以橢圓形軌道運(yùn)行的情況,。該黑洞位于射手座,，距離地球2.6萬光年，質(zhì)量是太陽的400萬倍,，并在銀河系產(chǎn)生了強(qiáng)大的引力場(chǎng),。這使其成為搜尋相對(duì)論效應(yīng)的理想目標(biāo)。

今年5月19日,，S2以史上最近的距離經(jīng)過該黑洞,。研究人員利用包括GRAVITY在內(nèi)的設(shè)備追蹤了這顆恒星的路徑。

GRAVITY是一臺(tái)將來自4臺(tái)8米望遠(yuǎn)鏡的光線結(jié)合在一起的干涉儀,，在2016年投入使用,。“有了我們的測(cè)量結(jié)果,，通向黑洞物理學(xué)的大門被進(jìn)一步打開,?！瘪R普學(xué)會(huì)天文學(xué)家、團(tuán)隊(duì)成員Frank Eisenhauer表示,。

GRAVITY測(cè)量了S2在天空的移動(dòng),。最快時(shí)，這顆恒星以每秒超過7600公里（接近光速的3%）的速度呼嘯而過,。與此同時(shí),，另一臺(tái)設(shè)備研究了S2在和黑洞擦肩而過時(shí)以多快的速度向地球移動(dòng)以及離開地球。將觀測(cè)結(jié)果整合在一起,，Genzel團(tuán)隊(duì)得以探測(cè)到這顆恒星的引力紅移——描述其光線如何因黑洞的巨大引力被拉伸至更長(zhǎng)的波長(zhǎng),。此類現(xiàn)象同廣義相對(duì)論的預(yù)測(cè)相一致。

“我們測(cè)量的結(jié)果無法再用牛頓理論來描述了,。”巴黎天文臺(tái)天體物理學(xué)家Odele Straub表示,。對(duì)S2的進(jìn)一步觀測(cè)或許能證實(shí)愛因斯坦的其他預(yù)測(cè),，比如旋轉(zhuǎn)黑洞如何拖拽周圍的時(shí)空并拉著它們一起移動(dòng)。

“他們的數(shù)據(jù)看上去很漂亮,?！奔又荽髮W(xué)洛杉磯分校天文學(xué)家Andrea Ghez表示。Ghez帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)正利用夏威夷的凱克天文望遠(yuǎn)鏡測(cè)量該恒星圍繞銀河系中央運(yùn)行的路徑,。

S2繞黑洞完整繞行一周需要16年,，因此兩個(gè)團(tuán)隊(duì)都在迫切等待著今年其近距離圍繞黑洞運(yùn)轉(zhuǎn)的情形。不過,，Ghez表示,，其團(tuán)隊(duì)計(jì)劃在今年年底發(fā)表研究成果。

今年4月,，在地球上能看到的視線范圍內(nèi),，S2達(dá)到最高速度。5月,，它運(yùn)行至距銀河系中央最近的地方,。而在8月末和9月初，它將減緩至最低速度,?！拔覀兓?0年才等到這一刻?！盙hez說,，“我們會(huì)等待，直到這次繞行結(jié)束,，這顆恒星做完所有它要做的事情,?！?/p>

隨著第三次事件即將到來，從地球上看其穿行方向,，S2已經(jīng)開始減慢速度,。上述美國(guó)和歐洲團(tuán)隊(duì)都在密切觀察?！艾F(xiàn)在已經(jīng)到了最緊張的時(shí)刻,。”Ghez說,，“這格外令人興奮,。”